(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸についてシャフトに対するロータの回転を許容する少なくとも１つの軸受部材と、発電機ロータと、複数のタービンブレードと、ブレード取付け構成とを含み、該ブレード取付け構成は、前記ブレードを支持するブレードロータを定め、前記発電機ロータは、前記ブレードロータに接続され、前記発電機ロータは、前記ブレードロータ内に配置され、
各ブレード取付け構成は、前記軸を含む平面内に配置される第一支持部材及び第二支持部材を含み、
前記第一支持部材及び前記第二支持部材は、第一端部と、第二端部とを含み、
前記第一端部は互いに接続され、且つ前記ブレードのうちの対応するブレードにも直接的に接続され、
前記第二端部は、前記軸と平行に離間するそれぞれの位置で、前記少なくとも１つの軸受部材に接続される、
風力タービンロータ。
【請求項２】
各ブレード取付け構成は、第一オープンフレーム構造を含む、請求項１に記載の風力タービンロータ。
【請求項３】
前記発電機ロータは、第二オープンフレーム構造によって前記少なくとも１つの軸受部材に接続される、請求項１に記載の風力タービンロータ。
【請求項４】
各ブレード取付け構成は、第一オープンフレーム構造を含み、前記第二オープンフレーム構造は、前記第一オープンフレーム構造から機械的に実質的に独立する、請求項３に記載の風力タービンロータ。
【請求項５】
各ブレード取付け構成は、前記関連するブレードから前記発電機ロータに前記軸についてのトルクのみを実質的に伝達するために、トルク伝達部材によって前記発電機ロータに接続される、請求項１に記載の風力タービンロータ。
【請求項６】
前記軸と平行に作用する前記発電機ロータへの前記ブレードに対して作用する全ての力の成分の伝達を実質的に阻止するために、前記トルク伝達部材は弾性的であり、且つ／或いは、前記ブレード取付け構成及び前記発電機ロータに関節接続される、請求項５に記載の風力タービンロータ。
【請求項７】
各ブレードは、前記軸と平行に作用する全ての力成分のための力の中心を有し、前記第一支持部材及び前記第二支持部材は、前記力の中心で或いは前記力の中心に隣接して互いに実質的に交差する線内に延びる、請求項１に記載の風力タービンロータ。
【請求項８】
各ブレード取付け構成は、前記少なくとも１つの軸受部材に取り付けられる第一取付け地点及び第二取付け地点と、前記発電機ロータに取り付けられ或いは接続される第三取付け地点とを含む、請求項１に記載の風力タービンロータ。
【請求項９】
前記ブレード取付け構成は、前記発電機ロータへの、前記軸と平行に作用する、前記ブレードに作用する全ての力の成分の伝達を実質的に阻止するために、前記第三取付け地点で或いは前記第三取付け地点に隣接して弾性を有する、
請求項８に記載の風力タービンロータ。
【請求項１０】
前記発電機ロータは、前記軸を含むそれぞれの第二平面内に配置され、且つ、前記軸と平行に離間するそれぞれの位置で、第一端部を共に前記発電機ロータに接続させ、第二端部を前記少なくとも１つの軸受部材に接続させる、複数の対の第三支持部材及び第四支持部材によって、前記少なくとも１つの軸受部材に接続される、請求項１に記載のロータ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの軸受部材は、発電機ステータを収容するよう軸方向に離間する第一軸受部材と第二軸受部材とを含む、請求項１に記載の風力タービンロータ。
【請求項１２】
前記第一軸受部材及び前記第二軸受部材は、前記第一軸受部材及び前記第二軸受部材の軸方向分離を決定し或いは制限するスラスト軸受構成の一部を形成し或いはそのようなスラスト軸受構成と協働する、請求項１１に記載の風力タービンロータ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの軸受部材は、発電機ステータを収容するよう軸方向に離間する第一軸受部材及び第二軸受部材を含み、前記第一軸受部材及び前記第二軸受部材は、前記第一支持部材及び前記第二支持部材の前記第二端部にそれぞれ接続され、且つ、前記第三支持部材及び前記第四支持部材の前記第二端部にそれぞれ接続される、請求項１０に記載の風力タービンロータ。
【請求項１４】
前記発電機ロータは環状であり、且つ、前記軸と同軸である、請求項１に記載の風力タービンロータ。
【請求項１５】
前記発電機ロータは、前記軸の周りに角度的に離間する複数の永久磁石又はコイルを含む、請求項１に記載の風力タービンロータ。
【請求項１６】
ａ）発電機と、
ｂ）風力タービンロータとを含み、該風力タービンロータは、軸についてシャフトに対するロータの回転を許容する少なくとも１つの軸受部材と、発電機ロータと、複数のタービンブレードと、ブレード取付け構成とを含み、該ブレード取付け構成は、前記ブレードを支持するブレードロータを定め、前記発電機ロータは、前記ブレードロータに接続され、前記発電機ロータは、前記ブレードロータ内に配置され、
各ブレード取付け構成は、前記軸を含む平面内に配置される第一支持部材及び第二支持部材を含み、
前記第一支持部材及び前記第二支持部材は、第一端部と、第二端部とを含み、
前記第一端部は互いに接続され、且つ前記ブレードのうちの対応するブレードにも直接的に接続され、
前記第二端部は、軸と平行に離間するそれぞれの位置で、前記少なくとも１つの軸受部材に接続される、
風力タービン。
【請求項１７】
各ブレード取付け構成は、前記軸と平行に作用する、前記関連するブレードに対して作用する全ての力の成分を、前記少なくとも１つの軸受部材に実質的に排他的に伝達し、且つ、前記関連するブレードに対して前記軸について作用するトルクを前記発電機ロータに実質的に排他的に伝達するよう配置される、請求項１に記載の風力タービンロータ。
【請求項１８】
前記ブレードは、それらの径方向外側端部で支持されない、請求項１に記載の風力タービンロータ。
【請求項１９】
軸についての回転のためのハブと、少なくとも１つのタービンブレードと、少なくとも１つのブレード取付け構成とを含み、
前記又は各ブレードは、前記軸と平行に作用する全ての力成分のための力の中心を有し、前記又は各ブレード取付け構成は、前記関連するブレードを前記ハブに接続する第一支持部材及び第二支持部材を含み、前記第一支持部材及び前記第二支持部材は、径方向に内側の端部で前記ハブに接続され、前記軸と平行に離間し、前記第一支持部材及び前記第二支持部材は、実質的に前記力の中心で又は前記力の中心に隣接して実質的に互いに交差する線に延びる、
風力タービンロータ。
【請求項２０】
前記第一支持部材及び前記第二支持部材は、前記ブレードのピッチが変化するのを許容するために、ピッチ軸受を用いて前記ブレードに接続される、請求項１６に記載の風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風力タービンロータに関し、そのようなロータを含む風力タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気を発生する風力タービンは既知であり、持続可能な電気供給をもたらすために増大する数で開発されている。風力タービンが生成し得る最大電力は、そのブレードの受風面積に比例し、その受風面積はブレードの長さの平方に概ね比例する。風力タービンが提供し得る最大電力を増大するために、並びに、供給エネルギの費用を低減するために、風力タービンのサイズを増大するという願望がある。しかしながら、風力タービン構成部品を単に線形目盛りすることによっては、出力電力の線形目盛(linear  scaling)を達成し得ない。
【０００３】
例えば、各ブレードの長さが２倍にされるならば、受風面積は４倍に増大される。しかしながら、各ブレードの重量は長さの立方に概ね比例するので、重量は８倍に増大される。
【０００４】
ブレードがハブに固定され、ハブがハブに接続されるシャフトを介して発電機を駆動する風力タービンが既知である。この構成の実施例は、ＷＯ０３／０９８０３４Ａ１、ＤＥ１０３１１０２５Ａ１、ＵＳ２００６／０２５１５１６Ａ１、ＥＰ００５８７９１Ａ１、及び、ＵＳ６９５１４４３Ｂ１に開示されている。
【０００５】
アクスル（回転軸）によって駆動される発電機は、典型的には、より効率的な電気の発電をもたらすよう回転速度を増大するために、ギアボックスの使用を要求する。しかしながら、ギアボックスは、風力タービンの費用、重量、及び、保守要件を増大させる点で不便である。直結駆動発電機が使用されており、そのような構成の実施例は、ＤＥ１０２５５７４５Ａ１及びＵＳ６２８５０９０Ｂ１に開示されている。
【０００６】
ＷＯ０２／０９９５０Ａ１は、この種類の電気発電機を開示している。風力タービンはロータを含み、ロータの縁は、自転車のスポーク車輪に似るよう、張力部材によってハブに接続されている。ハブは軸方向に離間した風力タービンブレード構成によって駆動される。
【０００７】
ＣＡ２６２６５４５２Ａ１は、直結駆動発電機を備える風力タービンを開示している。タービンロータのブレードは円環に固定され、円環は、ハブから径方向に延び且つ回転軸に対して垂直な共通平面内に配置されるロッドによってハブに接続されている。ブレード力は円環で分解され、ブレードの内端部は円環に接続される。従って、円環はこれらの力に耐える十分な強度で製造されなければならない。１２メートルのオーダの回転軸についての半径と３．５メートルのオーダの断面直径とを有する円環のために、製造は比較的高価であり、円環は相当な重量である。従って、風力タービンの輸送及び組立ては高価になりがちである。
【０００８】
ＵＳ７０４２１０９Ｂ２は、タービンロータがアイロンレス（鉄分を含まない）リング型発電機を直接的に或いはギアボックスを通じて駆動する風力タービンの様々な構成を開示している。この文献の図３に示される構成では、ブレードはロータハブ内でハブ軸受まで延び、発電機ロータがハブに固定される。ブレードに作用する力の回転軸と平行な成分は軸受に伝達され、発電機ロータにも伝達される。ブレードによって生成されるトルクは発電機ロータに伝達される。
【０００９】
ハブに固定され且つロープ又はケーブル構成によって補強されるブレードを備える風力タービンも既知である。そのようなタービンでは、やはり、ハブはアクスルを介して、典型的にはギアボックスを介して発電機を駆動する。この種類の風力タービンは比較的高出力の発電に適さない。何故ならば、構造の完全性を維持しながら受風面積を十分に増大することができないからである。
【００１０】
他の実施例は、ＧＢ１５１１９４８Ａ１、ＷＯ９７／１３９７９Ａ１、ＵＳ４３３０７１４Ａ、ＵＳ４３５０８９５Ａ、ＷＯ８６／０２７０１Ａ１、ＷＯ２００７／１３５３９１Ａ１、ＵＳ２００５／２００１３４Ａ１、ＵＳ５１１８２５５Ａ、ＵＳ２０５０１２９Ａ、ＤＥ１９６０６３５９Ａ１、及び、ＵＳ２００８／１２４２１６Ａ１に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は従来技術の問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第一の特徴によれば、軸についてシャフトに対するロータの回転を許容する少なくとも１つの軸受部材と、発電機駆動構成と、複数のタービンブレードと、ブレード取付け構成とを含み、ブレードは、それらの径方向の外側端部で支持されず、各ブレード取付け構成は、軸と平行に作用する、関連するブレードに対して作用する全ての力の成分を、少なくとも１つの軸受部材に実質的に排他的に伝達し、且つ、関連するブレードに対して軸について作用するトルクを発電機駆動構成に実質的に排他的に伝達するよう配置され、発電機駆動構成は、ブレードに接続されるが、ブレードから分離される、風力タービンロータが提供される。
【００１３】
各ブレード取付け構成は、第一オープンフレーム構造を含み得る。第一オープンフレーム構造は、第一スペースフレームを含み得る。
【００１４】
第二オープンフレーム構造によって発電機駆動構成を少なくとも１つの軸受部材に接続し得る。第二オープンフレーム構造は、第一オープンフレーム構造から機械的に実質的に独立し得る。第二オープンフレーム構造は、少なくとも１つの第二スペースフレームを含み得る。
【００１５】
軸から各ブレードの径方向最内側端部までの径方向距離は、軸から発電機駆動構成までの径方向距離よりも大きくあり得る。
【００１６】
タービンブレード及びブレード取付け構成は、軸の周りに等角度で離間し得る。タービンブレードを軸に対して垂直な第一平面内に或いは軸と同軸な切頭円錐表面内に配置し得る。ブレード取付け構成は互いに離れ得る。
【００１７】
関連するブレードから発電機駆動構成に軸についてのトルクのみを実質的に伝達するために、各ブレード取付け構成を第一部材によって発電機駆動構成に接続し得る。軸と平行に作用する発電機駆動構成へのブレードに対して作用する全ての力の成分の伝達を実質的に阻止するために、第一部材は弾性的であり、且つ／或いは、ブレード取付け構成及び発電機駆動構成に関節接続し得る。
【００１８】
各ブレード取付け構成は、軸を含む第二平面内に配置され、且つ、軸と平行に離間したそれぞれの位置で、第一端部を共にブレードに接続させ、第二端部を少なくとも１つの軸受部材に接続させる、第二部材と第三部材とを含み得る。各ブレードは、軸と平行に作用する全ての力成分のための力の中心を有し得るし、第二部材及び第三部材は、力の中心で或いは力の中心に隣接して互いに実質的に交差する線内に延び得る。各ブレードの第二部材及び第三部材は、複合材の第一部分及び第二部分を含み得る。
【００１９】
風を軸についてのトルクに変換するよう各ブレード取付け構成を成形し得る。
【００２０】
各ブレード取付け構成は、少なくとも１つの軸受部材に取り付けられる第一取付け地点及び第二取付け地点と、発電機駆動構成に取り付けられ或いは接続される第三取付け地点とを含み得る。ブレード取付け構成は、発電機駆動構成への、軸と平行に作用する、ブレードに作用する全ての力の成分の伝達を実質的に阻止するために、第三取付け地点で或いは第三取付け地点に隣接して弾性を有し得る。
【００２１】
発電機駆動構成は、軸を含むそれぞれの第三平面内に配置され、且つ、軸と平行に離間するそれぞれの位置で、第一端部を共に発電機駆動構成に接続させ、第二端部を少なくとも１つの軸受部材に接続させる、複数の対の第四部材及び第五部材によって、少なくとも１つの軸受部材に接続され得る。
【００２２】
各部材は、実質的に剛的であり得る。
【００２３】
部材の各々は、実質的に直線的であり、或いは、その第一端部と第二端部との間に実質的に直線的な部分を有し得る。
【００２４】
少なくとも１つの軸受部材は、発電機ステータを収容するよう軸方向に離間する第一軸受部材と第二軸受部材とを含み得る。第一軸受部材及び第二軸受部材は、第一軸受部材及び第二軸受部材の軸方向分離を決定し或いは制限するスラスト軸受構成の一部を形成し或いはそのようなスラスト軸受構成と協働し得る。第一軸受部材及び第二軸受部材は、第二部材及び第三部材の第二端部にそれぞれ接続され、且つ／或いは、第四部材及び第五部材の第二端部にそれぞれ接続され得る。
【００２５】
発電機駆動構成は環状であり、且つ、軸と同軸であり得る。
【００２６】
発電機駆動構成は、発電機ロータの少なくとも一部に固定され或いは発電機ロータの少なくとも一部を形成し得る。発電機ロータは、軸の周りに角度的に離間する複数の永久磁石又はコイルを含み得る。発電機ロータは、発電機ロータ又は発電機ロータのための磁性空気間隙に亘って互いに対向する第一及び第二の同軸の環状ヨークを含み得る。第四部材及び第五部材の第一端部を第一及び第二のヨークに固定し得る。第一及び第二のヨークは、強磁性であり得る。空気間隙を定めるために第一及び第二のヨークの対向する表面に取り外し可能に取り付けられる受板に永久磁石を固定し得る。
【００２７】
本発明の第二の特徴によれば、軸についての回転のためのハブと、少なくとも１つのタービンブレードと、ブレード取付け構成とを含み、前記又は各ブレードは、軸と平行に作用する全ての力成分のための力の中心を有し、前記又は各ブレード取付け構成は、関連するブレードをハブに接続する第一部材と第二部材とを含み、第一部材及び第二部材は、軸と平行に離間した径方向内側端部でハブに接続され、且つ、力の中心で或いは力の中心に隣接して互いに実質的に交差する線内に延びる、風力タービンロータが提供される。
【００２８】
本発明の第三の特徴によれば、本発明の第一又は第二の特徴に従ったロータと、発電機とを含む、風力タービンが提供される。
【００２９】
駆動構成によって駆動されるよう発電機を構成し得るし、或いは、発電機は駆動構成を含み得る。
【００３０】
発電機は、直結駆動発電機であり得る。
【００３１】
発電機は、アイロンレスコア発電機であり得る。
【００３２】
ステータが回転可能に固定される固定シャフトに軸受部材を回転可能に取り付け得る。
【００３３】
よって、比較的多量の電力を発電し得る風力タービンを提供し且つ風力タービンを作製することが可能である。そのような構成を比較的軽量に作製し、比較的容易に製造し、輸送し、組み立て得る。そのような構成は、例えば、製造コスト及びランニングコストに比較すると、風力タービンの寿命を通じて発電し得る電気エネルギに関して、比較的低コストエネルギを提供し得る。
【００３４】
付属の図面を参照して、一例によって、本発明を更に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のある実施態様を構成する風力タービンを示す正面図である。
【図２】図１の風力タービンの一部を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施態様を構成する風力タービンを示す斜視図である。
【図４】図３の風力タービン及び風力タービンのステータをより詳細に示す斜視図である。
【図５】本発明の更なる実施態様を構成する風力タービンを示す正面図である。
【図６】図５の風力タービンの風力タービンロータをより詳細に示す斜視図である。
【図７】図２に示される風力タービン部分の詳細を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図面を通じて、同等の参照番号は類似の部分を指している。
【００３７】
図１及び２に示される風力タービンは、電気の高出力発電機としての使用に適している。例えば、典型的な用途において、そのような風力タービンは、１２メガワットのオーダの定格出力を有し得る。好適な風条件が存在する場所であれば、どの陸地又は沖合の上にもタービンを配置可能であり、１つ又はそれよりも多くのそのような風力タービンの存在が許容される。
【００３８】
風力タービンは支持タワー１を含み、陸上用途のために、適切な基礎（図示せず）を用いて支持タワー１を地中に固定し得るし、沖合用途のために、支持タワー１は浮力及び／又は固定構成を備え得る。例えば、タワー及び固定構成は、ＥＰ１５０９６９６及びＥＰ１９４４５０４に開示される種類のものであり得る。
【００３９】
主シャフト２の軸４が実質的に水平に維持されるよう、主シャフト２がタワー１の頭部３に固定される。風力タービンが異なる風方向に適合するのを可能にするために、垂直軸についての旋回のために、頭部３をタワー１の頂部に取り付け得る。風力タービンは、軸４についての回転のために第一及び第二の軸受部材６を含む主軸受５を用いて主シャフトに回転可能に取り付けられるロータを含む。ロータは、（ハブを構成する）軸受部材６と、軸４の周りに等角度で配置される３つのタービンブレード７と、３つのブレード取付け構成８と、環状発電機ロータ９の形態の発電機駆動構成とを含む。発電機ステータ１０が軸受部材６の間で主シャフト２に固定される。
【００４０】
ここに記載される実施態様の風力タービンは３つのタービンブレード及びブレード取付け構成を有するが、用途に従って如何なる適切な数のブレード及び取付け構成をも提供し得る。ブレード７は、それらの径方向内側端部又は内側部分で専ら支持され、それらの径方向外側端部で支持されていない。
【００４１】
各取付け構成８は、複合材又は金属で形成し得る部材を含む。構成は「Ａフレーム」又はスペースフレームに似ており、第一部材及び第二部材を形成する第一部分１１及び第二部分１２を含み、それらの内側端部は、軸４と平行に離間されるよう軸受部材６に接続されている。外側端部は共に複合材８の外側部分に接続され、複合体部材は、フェザーリングの程度又はブレード７のピッチが制御されることを許容するためにブレード７をその長手軸について旋回し得るよう、ブレード７のための旋回取付けをもたらす。取付け部は、ブレード７のピッチが変化することを許容する軸受１３と、ブレード７を所望のピッチに回転するモータ１４とを含む。部材１１及び１２の外側端部は、複合材の部分であることの故に、ブレード７の取付け部に接続される。
【００４２】
ロータは、Ａフレーム又はスペースフレームに似るよう配置される複数の対の第三部材１５及び第四部材１６を含む。第三部材１５及び第四部材１６の径方向内側端部は、軸方向に離間するよう軸受部材６に接続されているのに対し、第三部材１５及び第四部材１６の径方向外側端部は、発電機ロータ９の形態の発電機駆動構成に接続されている。よって、発電機駆動構成はブレード７に接続されるが、ブレード７から分離されている。
【００４３】
ロータ９とステータ１０とを含む発電機は、アイロンレスの環状又はリング状の直結駆動型である。ロータは、永久磁石を支持し且つ磁性空気間隙を間に定める一対の同軸の環状部材１７，１８を含む。磁石は、各対の磁石が互いに面し合う反対の極性を有し且つ磁極が円周の周りで或いは軸４に対して角度的に交互するよう、対向する対の磁石として環状部材の上に配置される。
【００４４】
ステータは、複数の角度的に分配されたコイル１９を含み、コイル１９は、環状部材１７，１８の間の空気間隙の内側に配置されている。コイルは強磁性コアを含まない点で「アイロンレス」のものである。コイルの構造及び形態を維持するよう、例えばエポキシ樹脂のような、十分な強度を有する材料でコイルを形成し且つカプセル化し得る。コイルの出力は用途の特別な要件に従って処理され、生成される電気はタワー１を貫通する導体を通じて供給される。
【００４５】
この種の発電機は既知であり、更に詳細に記載されない。同様に、そのような発電機の出力を処理するための電気回路構成も既知であり、更に記載されない。そのような発電機及び構成の実施例は、例えば、先に言及された幾つかの刊行物中に開示されている。
【００４６】
取付け構成８の各々は、２０で示される接続部を用いてロータ９に接続される。よって、ロータ９は、ステータ１０に対して軸４について回転するよう、その取付け構成８及び接続部２０を介して各ブレード７によって駆動される。よって、コイル１９は空気間隙内で環状部材１７，１８の間の磁束を切り、電気を生成する。
【００４７】
使用中、主シャフト２についての回転軸４に対して垂直な共通平面内に或いは軸４と同軸な切頭円錐表面内に配置されるブレード７は、風方向に方向付けられ、モータ１４は、所望のブレードピッチをもたらすよう、それらの長手軸の周りでブレード７を回転する。例えば、ブレード７の外側先端速度が風から抽出されるエネルギの最大理論効率のための風速の約６倍と等しいようにピッチを設定し得る。様々な力がブレード７に対して作用し、これらを軸４と平行なブレード７に対して作用する力に分解し、且つ、軸４についてブレード７に対して作用するトルクに分解し得る。取付け構成８は、軸４と平行に作用する力（この軸と平行に作用する力の全成分）が、主に各複合材８の第一部材１１及び第二部材１２によって、軸受部材６に実質的に排他的に伝達されるような構成である。各ブレード７は、回転の軸４と平行に作用する全ての力成分３３のために力の中心３０を有する。第一部材１１及び第二部材１２は、力の中心３０で或いは力の中心３０に隣接して互いに実質的に交差する線３１，３２に延びる。よって、図２の水平方向に移動する如何なる傾向も、第一部材１１及び第二部材１２を介して軸受部材６によって抗され、接続部２０を介してロータ９に実質的に伝達されない。
【００４８】
同様に、ブレード７によって生成されるトルクは、実質的に排他的に接続部２０を介して発電機ロータ８に伝達される。軸受部材６上でロータを支持する第三部材１５及び第四部材１６は、如何なる実質的な荷重や軸４と平行な力の成分をも支持せず、よって、軸４と平行な方向におけるロータ９の構造的安定性を保証することが要求されるに過ぎない。全ての荷重支持部材は、実質的に張力又は圧縮力において作用し、よって、スペースフレーム構成に似る。従って、タービンブレードを取り付け且つ発電機を駆動するためのタービンロータ構成を形成するために、スペースフレームに似る或いはスペースフレームとして作用するオープンフレーム構造を使用し得る。従って、比較的軽量の構造を提供可能であり、比較的高出力の風力タービンの動作中に起こる力の存在において構造的完全性を容易に維持し得る。例えば、比較的軽量の１２ＭＷ又は類似サイズの発電機を提供するために、そのような構造を使用し得る。
【００４９】
軸４についてブレード７によって生成されるトルクは接続部２０によって実質的に排他的に各部材８に伝達されるので、接続部２０は旋回型であり得る。同様に、剛的な実質的に直線的な第一部材１１及び第二部材１２は、それらの長さに沿って実質的に張力及び圧縮力だけを伝達するので、トルクを伝達し或いはトルクに耐えるために軸受部材６への第一部材１１及び第二部材１２の接続部２１は要求されない。軸４と平行な図２の平面内の比較的最少の力のみがロータ９に対して作用するので、環状の永久磁石支持部材１７，１８の間の空気間隙は比較的小さくあり得る。
【００５０】
１２ＭＷのオーダの最大発電能力を備える風力タービンの場合には、ブレード７は、典型的には、５０ｍのオーダの長さであり、ロータ９は、典型的には、１２ｍのオーダの半径である。オープンフレーム構造は、スペースフレームを形成する或いはスペースフレームに似た比較的軽量な構造を用いて、十分な構造的完全性をもたらす。従って、構成部品の製造、現場への輸送、及び、風力タービンを形成するための構成部品の組立ては、既知の構成よりも容易且つ安価である。従って、製造及び組立てがより安価であり且つ使用中に要求される保守が比較的少ない風力タービンを提供することが可能である。従って、そのような風力タービンは、その寿命を通じて、極めて良好なコスト全体に対する発電エネルギの比率をもたらし、製造コスト及びランニングコストに関して極めて効率的な持続可能な電気エネルギの源を提示する。
【００５１】
発電機の永久磁石をロータ９上に設け、発電機のコイル１９をステータ１６上に設けることによって、固定の電気導体を用いて、発電される電気を風力タービンから抽出することができ、例えば、スリップリング又は他の比較的移動可能な電気接続を必要としない。しかしながら、必要であれば、或いは、望ましければ、永久磁石をステータ１０上に設け、コイルをロータ９上に設けてもよい。発電される電気を風力タービンから抽出するために、その場合には、スリップリングのような一部の形態の回転式電気接続が概して必要である。
【００５２】
発電機ロータ９は風力タービンロータの構造の一部を形成する。従って、発電機ロータは、発電機の永久磁石（又はコイル）を取り付けること、及び、ブレード７によって生成されるトルクを伝達するための構造の一部を形成することの二重の目的を果たす。これは比較的軽量なタービンロータ及び発電機組立体に寄与する構造的に効率的な構成を提示する。
【００５３】
図３及び４は、第一部材１１及び第二部材１２が例えば金属のロッド又はチューブとして形成される点で図１及び２に示される種類と主に異なる、風力タービンの他の種類を例証している。ブレード取付け構成８を含む構造がスペースフレームにより緊密に似るよう、ブレード７からロータ９にトルクを伝達する接続部２０も、ロッド又はチューブとして形成される。主シャフト２の軸４と平行にブレードに対して作用する力の成分が第一部材１１及び第二部材１２（これらの部材は回転軸と平行に作用する全ての力成分のためにブレードの力の中心で或いは中心に隣接して互いに実質的に交差する線に延びる）を介して実質的に排他的に軸受部材６に伝達されるのに対し、軸４についてブレード７に対して作用するトルクが部材２０によって実質的に排他的にロータ９に伝達されるよう、各ブレードは主軸受２１内に取り付けられる内向き端部を有する。ブレードの最内側端部は、主軸受２１を通じて更なる軸受２２に至るシャフトを備え或いはシャフトに形成され、更なる軸受２２は、隣接する第一部材１１及び第二部材１２を含む同じ径方向平面内に配置される第三部材１５及び第四部材１６（図３及び４では見えない）の外側端部に固定される。従って、第三部材１５及び第四部材１６は、ブレード７に対して作用する力の軸４と平行な成分を軸受部材６に伝達し且つ如何なる軸４についての実質的なトルクをも伝達しないことを助ける。よって、ブレード７及びロータ９は、スペースフレーム又はスペースフレームに似る構成によって、軸受部材６に共に接続される。ロータ９は、トルクに関する構造部材として作用する目的も果たし、回転の軸に対して垂直なブレード力に抗し、発電機の永久磁石（コイル）を支持する。ステータ１０は、軸受部材６の間でシャフト２に固定され、それは、軸受部材６の軸方向分離を固定し或いは制限するスラスト軸受の一部を形成し或いはそのようなスラスト軸受を備える。
【００５４】
図５に示される風力タービンの図６に示される風力タービンロータは、図４に示される風力タービンロータに類似するが、共に結合される複合材料区画として製造される。各部材１１又は１２及び隣接する部材１５又は１６は、主ブレード軸受２１及び補助ブレード軸受２２と一体的に形成される。風力タービンロータ全体を結合複合材素子で形成し得るし、幾らかの非複合材素子を含め得る。従って、このロータはスペースフレームと等しい複合材と考えられる。
【００５５】
図７は、如何なる実施態様においても使用し得る発電機ロータ及びステータ構造の一部を示しているが、一例として、それは図２に示されるロータに関係する。発電機ロータ９は、第一及び第二の環状ヨーク２３を含み、それらは発電機ロータの主要構造部分を形成する。ヨーク２３は磁束経路も提供し、従って、この目的のための十分な厚さを有し、適切な強磁性材料から成らなければならない。ヨーク２３は、部材１５及び１６の径方向外側端部に固定される。
【００５６】
この実施態様において、永久磁石２５はロータ９に固定される。具体的には、永久磁石２５の各々は、扇状の形状(sector-like  shape)であり、強磁性取付け板２４に固定される。磁石がヨーク２３に組み立てられ或いはヨーク２３から分解されることを可能にするよう、取付け板２４は、例えば、ボルト２６を用いて、ヨーク２３に取り外し可能に固定される。
【００５７】
コア又はフォーマを必要とすることなく発電機内で作用する力に対してコイルの形状及び構造を維持するよう、ステータ１０は、例えば、エポキシ樹脂中に「鉢植えされた」(“potted”)複数のコイル１９を含む。コイル１９は、第一及び第二のヨーク２３上で対向する磁石２５の間に定められる磁性空気間隙内に配置される。発電機性能が磁石２５に対するコイル１９の軸方向位置に耐えるよう空気間隙内の磁場は実質的に均一である。空気間隙を定める各対向する対の磁石は、互いに対向する反対の磁極を有する。また、ヨーク上の永久磁石の磁極は、円周方向に（或いは軸４について角度的に）交替する。よって、各々のコイル１９は交流を発電し、所望の電力出力を提供するために、任意の適切な、例えば、既知の技法に従ってコイルを相互接続し得る。
【００５８】
最適な発電機性能のための特定の最少厚さであるべき概ね平坦な磁石の背後の磁束経路の必要が活用される。この厚さの殆どはヨーク２３によってもたらされ、従って、それらは比較的強く、トルクの伝達のための発電機ロータの構造の一部を形成する。磁石２５を取り付けるために別個の取付け板２４を使用することは、発電機ロータ９の製造にとって並びに損傷した磁石の除去及び交換のような保守にとって便利である。
【００５９】
磁石の取付け前に溶接又は機械加工し得る連続的な環状ヨーク２３に発電機ロータ９を分割すること、及び、磁石２５を支持する板２４の形態の複数の別個のセグメントは、より小さいグループ又はセグメントへのロータの組立て中に磁石が取り付けられることを可能にする。やはり、これは組立てのために、損傷した磁石を交換するための使用中の除去のために、或いは、如何なる他の目的のためにも便利である。そのような構成は、取付け板２４及び磁石２５が発電機ロータ構造の外側から径方向に据え付けられることを可能にし、図７に示されるように磁性空気間隙を通るコイルの部分よりも広くありがちなコイル１９のコイル端と干渉することはない。コイル１９を備えるステータ１０は、タービンロータの組立て中に同様に径方向に据え付けられる複数の概ね扇形状の素子として形成される。構成部品の全てを発電機縁部に適合するために、各ステータ素子は、隣接する磁石２５と同時に、それらの取付け板２４上に据え付けられる。これは環状ヨーク２３によって形成される発電機縁部構造が連続的であることを可能にする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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